Вопросы для самоконтроля

1. Что понимают под скоростью роста биомассы?

2. Как определяют общую и удельную скорость роста биомассы?

3. Как определяют время генерации биомассы культуры?

4. Как определяют общую продуктивность периодического и непрерывного процесса?

5. Как определяют общую и удельную скорость потребления субстрата?

6. Как определяют общая скорость биосинтеза продукта метаболизма?

7. Как определяют удельную скорость биосинтеза продукта из единицы биомассы?

8. Экономический коэффициент по биомассе.

9. Экономический коэффициент по продукту метаболизма.

10. Метаболические, или трофические, коэффициенты.

Список литературы Основная

1. Биотехнология: учебное пособие для вузов, в 8 кн., под ред. Егорова Н.С., Самуилова В.Д. – М., 1987.

2. Бирюков, В.В. Основы промышленной биотехнологии / В.В. Бирюков. – М.: КолосС, 2004. – 296 с. – ISBN 5-9532-0231-8 («КолосС»); ISBN 5-98109-008-1 (АНО «Химия»)

3. Блинов, В.А. Общая биотехнология: курс лекций. В 2-х частях. Ч. 1 / В.А. Блинов. – Саратов, 2003.

4. Елинов, Н.П. Основы биотехнологии / Н.П. Елинов. – СПб.: Наука, 1995. – ISBN 5-02-026027-4

5. Никитина Е.В. Микробиология: учебник/ Е.В. Никитина, С.Н. Киямова, О.А. Решетник. – СПб.: ГИОРД, 2009. – 368 с. – ISBN 978-5-98879-075-4

Дополнительная

1. Клунова, С.М. Биотехнология: учебник / С.М. Клунова, Т.А. Егорова, Е.А. Живухина. – М.: Академия, 2010. – 256 с. – ISBN 978-5-7695-6697-4

2. Тарантул, В.З. Толковый биотехнологический словарь русско-английский: справочное издание / В.З. Тарантул. – М.: Языки славянских культур, 2009. – 936 с. – ISBN: 978-5-95-51-0342-6

3. http://www.biotechnolog.ru

Лекция 9 Иммобилизованные клетки и ферменты - I

9.1. Источники ферментов. Преимущества иммобилизованных ферментов

Ферменты и ферментные системы применяются в медицине, сельском хозяйстве, органическом синтезе, химическом анализе, в различных отраслях промышленности (пищевая, фармацевтическая, текстильная, кожевенная и др.). Ферменты получают из растительных и животных тканей или путем микробного синтеза.

Ферменты животного происхождения:

• лактатдегидрогеназа – сердце крупного рогатого скота;

• каталаза – печень КРС, свиньи;

• сычужный фермент – сычуг молочных телят и ягнят;

• щелочная фосфатаза – кишечник КРС;

• гиалуронидаза – семенники КРС;

• фумараза, трансаминаза – сердце свиньи;

• трипсин, химотрипсин, карбоксипептидаза, эластаза – поджелудочная железа свиньи;

• пепсин – желудок свиньи;

• люцифераза – мышечная ткань светляков;

• ацетилхолинэстераза – мышечная ткань электрического угря.

Ферменты растительного происхождения:

• амилазы – ячмень;

• протеазы (папаин – дынное дерево; фицин – фиговое дерево; бромелин – ананас);

• кислая фосфатаза – картофель;

• пероксидаза – хрен;

• уреаза – канавалия мечевидная.

Получение ферментов из растительного и животного сырья имеет ряд недостатков. Так, для растений характерна сезонность, а содержание ферментов в них низкое. Выделение ферментов из животного сырья следует извлекать сразу на мясокомбинатах или возникает проблема его консервации и хранения.

Менее проблематично получение ферментов микробным синтезом. Методами генетической инженерии можно не только целенаправленно увеличить выход фермента, но и получить биообъект, который продуцирует ферменты с улучшенными свойствами (термостабильные, осмоустойчивые, кислото- и щелочеустойчивые и др.). Многие микроорганизмы выделяют ферменты в питательную среду, это облегчает их выделение. В настоящее время налажено крупномасштабное микробиологическое производство следующих ферментов путем (протеаза, α-амилаза, глюкоамилаза, глюкоизомераза и пектиназа).

Однако применение нативных ферментов ограничено по следующим причинам: неустойчивость при хранении и различных воздействиях; сложность их отделения от реагентов и продуктов реакции.

Более перспективно использование иммобилизованных ферментов (от лат. immobilis – неподвижный). Это ферменты, адсорбированные различными физико-химическими методами на твердых носителях или связанные с ними химическими связями. Так, в 1916 г. Нельсон и Гриффин показали, что адсорбированная на угле инвертаза сохраняет каталитическую активность. В 1939 г. был получен первый патент на применение абсорбированных на опилках протеолитических ферментов для обработки шкур. Термин «иммобилизованный фермент» узаконен в 1971 г.

Особенности и преимущества иммобилизованных ферментов:

1. Фермент легко отделить от реакционной среды. Это позволяет остановить реакцию в нужный момент; использовать катализатор повторно; получить продукт не загрязненный ферментом;

2. Процесс можно проводить непрерывно. При этом можно регулировать скорость катализируемой реакции и выход целевого продукта;

3. Путем иммобилизации можно направленно изменить свойства катализатора (специфичность, зависимость от рН и ионного состава среды, действия денатурирующих агентов);

4. Путем иммобилизации можно регулировать каталитическую активность ферментов (путем изменения свойств носителя).

Кинетика ферментативных реакций с использованием иммобилизовнных ферментов зависит от: концентрации субстрата; температуры; концентрации иммобилизованного фермента; степени измельчения частиц с иммобилизованным ферментом; скорости перемешивания; ингибирующего или активирующего действия полимерного носителя; рН и т.д.

Иммобилизованные ферменты и клетки применяются для производства глюкозо-фруктозных сиропов, L-аминокислот, L-яблочной кислоты, безлактозного молока, сахаров из молочной сыворотки, 6-аминопенициллановой кислоты и др.

Технология применения иммобилизованных ферментов и биокаталитических систем экономически эффективна. Так, получение фруктозы из глюкозы с применением иммобилизованной глюкоизомеразы стало дешевле почти вдвое.